El análisis de vibraciones en Turbinas a gas se utiliza para determinar las condiciones operativas y mecánicas de los equipos. Una gran ventaja es que el análisis de vibraciones puede identificar problemas en desarrollo antes de que se vuelvan demasiado serios y causen tiempos de inactividad no programados.
Esto se puede lograr realizando un seguimiento regular de las vibraciones de la máquina, ya sea de forma continua o a intervalos programados. El monitoreo regular de vibraciones puede detectar cojinetes deteriorados o defectuosos, holguras mecánicas y engranajes desgastados o rotos. Estos análisis también pueden detectar la desalineación y el desbalance antes de que estas condiciones ocasionen el deterioro del cojinete o del eje.
Importancia del análisis de vibraciones en turbinas de gas.
El análisis de vibraciones permite monitorear el comportamiento dinámico de las turbinas de gas y detectar posibles fallos o desgastes en los componentes. Al anticipar problemas, se pueden evitar costosas reparaciones y disminuir los tiempos de inactividad no planificados, así mismo, contribuye a la optimización del rendimiento, ya que permite identificar condiciones de operación deficientes que podrían afectar la eficiencia y el consumo de combustible.
Instrumentación y técnicas de medición.
El análisis de vibraciones requiere el uso de instrumentación adecuada, como acelerómetros y sensores de velocidad, para medir las vibraciones en diferentes puntos de la turbina. Las técnicas de medición pueden incluir análisis en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia, así como el uso de análisis de forma de onda y espectrogramas.
La instrumentación y las técnicas de medición deben ser seleccionadas con cuidado para garantizar mediciones precisas y representativas.
Análisis y diagnóstico de vibraciones.
El análisis de las señales de vibración se realiza utilizando software especializado que permite visualizar, procesar y analizar los datos. Se pueden identificar diferentes tipos de vibraciones, como vibraciones axiales, radiales o de alta frecuencia, y determinar su causa raíz.
El diagnóstico preciso de las vibraciones puede implicar la comparación de datos con umbrales de alarma, el análisis de tendencias a lo largo del tiempo y la comparación con patrones de vibración conocidos.
Mejoras en la disponibilidad y vida útil.
Al implementar un programa de análisis de vibraciones en turbinas de gas, se pueden lograr varias mejoras significativas. Primero, se debe establecer un plan de mantenimiento predictivo basado en la detección temprana de problemas, lo que reduce los tiempos de inactividad y los costos asociados.
Se están desarrollando nuevas técnicas para turbinas de gas para mejorar su rendimiento y eficiencia. El crecimiento está encabezado por el crecimiento de la tecnología de materiales, nuevos recubrimientos, nuevos esquemas de enfriamiento y el crecimiento de las centrales eléctricas de ciclo combinado.
Un enfoque consiste en introducir tecnologías avanzadas en el diseño y la fabricación de turbinas de gas, como álabes de turbina monocristalinos y revestimientos de barrera térmica que puedan soportar altas temperaturas de entrada.
Los alabes monocristal son fundiciones de aleaciones monocristalinas basadas en níquel (Ni) y muchos metales más como Cromo (Cr) y Cobalto (Co).
El desarrollo de estas nuevas técnicas mejora el rendimiento y eficiencia de las turbinas de gas. El crecimiento en este campo está impulsado por avances en tecnología de materiales, nuevos recubrimientos, esquemas de enfriamiento innovadores y el crecimiento de las centrales eléctricas de ciclo combinado.
Uno de los enfoques consiste en incorporar tecnologías avanzadas en el diseño y la fabricación de turbinas de gas, como álabes de turbina monocristalinos y revestimientos de barrera térmica capaces de soportar altas temperaturas de entrada.
Otro enfoque se basa en la utilización de tecnologías clásicas y con visión de futuro en el diseño de microturbinas de gas.
¿Cómo determinar la técnica de análisis de vibraciones adecuada para un modelo específico de turbina de gas?
Para determinar la técnica de análisis de vibraciones adecuada es necesario considerar las características y los requisitos específicos de la turbina de gas.
Un enfoque es modelar las vibraciones mecánicas del sistema de turbina de gas y estudiar el sistema para lograr la función de diagnóstico y toma de decisiones.
También es importante identificar las ubicaciones para adquirir lecturas de vibración utilizando acelerómetros en la turbina de gas y la caja de engranajes.
Las técnicas de aprendizaje automático también se pueden utilizar para modelar la respuesta vibratoria de una turbina de gas y diagnosticar fallas o daños en los componentes mecánicos internos de las diferentes etapas que integran una turbina de gas.
El análisis de vibraciones juega un papel crucial para garantizar la confiabilidad de las turbinas de gas y es un componente importante de las estrategias de gestión de activos.
Porqué el análisis de vibraciones es importante para la confiabilidad de las turbinas de gas y cómo se puede implementar de manera efectiva en la gestión de activos:
Detección temprana de fallas: las turbinas de gas operan en condiciones adversas y están sujetas a diversas tensiones mecánicas. El análisis de vibraciones permite la detección temprana de fallas como desbalance, desalineación, desgaste de cojinetes, grietas en el rotor y daños en las palas.
Al identificar estos problemas en una etapa temprana, las actividades de mantenimiento y reparación se pueden programar de manera proactiva, minimizando el riesgo de fallas inesperadas y costosos tiempos de inactividad.
Monitoreo de condición: el monitoreo continuo de vibraciones proporciona datos valiosos sobre el estado de las turbinas de gas. Al analizar los patrones de vibración a lo largo del tiempo, se pueden identificar las desviaciones del comportamiento normal, lo que indica posibles problemas.
Este enfoque proactivo permite que los equipos de mantenimiento tomen medidas correctivas antes de que las fallas aumenten, extendiendo la vida operativa de la turbina de gas y maximizando su confiabilidad.
Optimización del rendimiento: el análisis de vibraciones no solo ayuda a detectar fallas, sino que también ayuda a optimizar el rendimiento de las turbinas de gas. Al monitorear los niveles de vibración durante la operación normal, los ingenieros pueden identificar oportunidades para mejorar la eficiencia, reducir el desgaste y mejorar el rendimiento operativo general. Esto puede conducir a ahorros de energía, mayor productividad y mayor vida útil del equipo.
Para implementar eficazmente el análisis de vibraciones en la gestión de activos para turbinas de gas, se pueden seguir los siguientes pasos:
Establezca datos de referencia: recopile datos de vibraciones de base durante la puesta en servicio o la operación inicial de la turbina de gas. Estos datos sirven como referencia para futuras comparaciones y análisis de tendencias.
Defina límites de vibración: establezca límites de vibración para diferentes componentes de la turbina de gas según las recomendaciones del fabricante, los estándares de la industria (como ISO 10816-4) y los datos históricos. Estos límites servirán como indicadores para identificar vibraciones anormales.
Monitoreo continuo: utilice sensores de vibración y sistemas de monitoreo para recopilar datos en tiempo real sobre los niveles de vibración de la turbina de gas. Esto se puede hacer a través de sistemas de monitoreo de condiciones en línea que brindan alertas automáticas y capacidades de análisis de tendencias.
Análisis de datos: Analice regularmente los datos de vibración para identificar cualquier desviación de los límites establecidos. Se pueden emplear técnicas de análisis avanzadas, como el análisis de Fourier y el análisis de ondas para extraer información valiosa de las señales de vibración.
Mantenimiento e intervención: Cuando se detecten vibraciones fuera del rango normal establecido, seguir los protocolos establecidos de mantenimiento e intervención. Esto puede implicar la programación de actividades de mantenimiento, la realización de análisis de causa raíz y la implementación de acciones correctivas para abordar las fallas identificadas.
Documentación e informes: mantenga registros completos de datos de vibración, resultados de análisis, actividades de mantenimiento y resultados. Esta documentación facilita el seguimiento del rendimiento, el análisis de tendencias y respalda la toma de decisiones para futuras estrategias de gestión de activos.
En general, la implementación efectiva del análisis de vibraciones en la gestión de activos para turbinas de gas permite un mantenimiento proactivo, maximiza la confiabilidad, optimiza el rendimiento y ayuda a minimizar el costoso tiempo de inactividad no planificado.
Ahora, garantizar suficiente energía, su suministro confiable y la calidad constante de la red se han convertido en preocupaciones estratégicas.
Sin embargo, con los últimos avances en tecnología de turbinas de gas altamente eficientes, generar energía en el sitio para el suministro principal de los centros de datos se ha vuelto mucho más atractivo, resolviendo los desafíos de la red hoy y también a largo plazo.
En el futuro, estas soluciones de generación de energía in situ estables y de bajas emisiones podrán funcionar exclusivamente con combustibles libres de carbono como el e-hidrógeno.
Por lo tanto, es hora de que los ingenieros y operadores se pongan al día sobre cómo la generación de energía con turbinas de gas puede beneficiar el negocio del centro de datos. Con este fin, este documento arrojará luz sobre las tendencias y los desafíos del mercado para la generación de energía en el sitio para centros de datos, brindará información valiosa sobre la tecnología de turbinas de gas y el diseño de generación de energía.
Fuentes:
1. https://www.siemens-energy.com/
2. https://www.sulzer.com/en/services/spare-parts
3. https://youtu.be/cOcu7szPKmQ
4. https://youtu.be/GF-70yncAVY
5. https://youtu.be/1eiBMqVuPA8
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